Resistencia de 125 mW sometida a una disipación de 600 mW en un sistema de seguridad profesional

El siguiente esquema es el circuito de entrada de una PCB de señalización, que compramos a uno de nuestros proveedores de sistemas de detección de incendios. Dicho PCB debe integrarse en un llamado panel de evacuación geográfica que permite a los bomberos ver en qué zona de un edificio ha comenzado un incendio, y como tal es parte de un sistema de seguridad.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

El LED que se muestra es en realidad el LED IR de un optoacoplador (necesario por razones de rechazo de modo común). Cada zona de detección de incendios tiene tal entrada. Las salidas del optoacoplador se alimentan a un MCU Atmel donde se procesan para encender ciertos LED en un plano del edificio. En ausencia de señales de entrada, la MCU restablecerá todos los LED del panel.

La resistencia de 820 ohmios es de tipo SMD y, por sus dimensiones, calculo que es el paquete 0805 y, como tal, tiene una capacidad nominal de 125mW. La documentación de nuestro proveedor afirma que el rango de voltaje de entrada es de 2.2 a 24V. Esto es por diseño, con el fin de admitir muchas marcas de computadoras de detección de incendios. No todos, pero algunos sistemas realmente producen 24V. Según mis propios cálculos, la resistencia se disipa aproximadamente 600mW a una entrada de 24V, suponiendo un voltaje directo total de 1.9V tanto para diodo como para LED. En realidad, la aplicación de 24 V en la entrada durante tan solo 5 segundos hace que la resistencia se caliente tanto que no pueda tocarla. En este punto, la corriente de entrada es de aproximadamente 26 mA. Como no tengo mucha experiencia con los componentes SMD, ya que no tengo electrónica durante muchos años, necesito saber si existe algún riesgo de que la resistencia se queme,

En el momento en que el servicio de bomberos puede observar el panel, el promedio es la primera detección + 15 minutos. Esto significa que las resistencias en las entradas activadas estarán sujetas a esas condiciones durante al menos 15 minutos, en áreas densamente pobladas. En las zonas rurales con menos personal de extinción de incendios, esto puede ser aún más largo.

Las respuestas autorizadas, o enlaces a ellas, son muy apreciadas.

Imagen de un panel geográfico:

Imagen de placa con circuito de entrada:

Hay ocho circuitos de entrada idénticos. Agregué el texto "820 ohm" debajo de una de las resistencias. A la izquierda de esta resistencia está el diodo, arriba y a la izquierda está el optoaislador. Es un dispositivo de 4 pines con código SMD 824.

Vista muy cercana de la resistencia en cuestión:

A partir de los datos que proporciona, esto realmente parece un mal diseño. También obtengo una disipación de aproximadamente 600 mW en R1 en el circuito que muestra.

El hecho de que la resistencia se esté calentando realmente es evidencia directa de que está disipando una potencia significativa para su tamaño, pero no necesariamente demasiado. Las resistencias pueden funcionar indefinidamente sin dañar a temperaturas que le quemarían el dedo. Una prueba de dedo realmente no le dice si se está disipando dentro del límite o por encima.

Una posibilidad es que el circuito no sea como se muestra. Quizás haya algo más que no sea fácilmente visible desde el exterior del tablero. Una buena prueba sería medir el voltaje real a través de la resistencia. Eso junto con la etiqueta en la resistencia le dará una respuesta definitiva a la cantidad de energía que se está disipando.

Tenga en cuenta que las resistencias 0805 están etiquetadas con 3 o 4 dígitos. Este es un formato de coma flotante con el último dígito como exponente de 10 y los dígitos anteriores como la mantisa. Una resistencia de 5% 820 Ω se etiquetará como "821", lo que significa 82 x 10 ¹ = 820.

La potencia disipada por una resistencia es el cuadrado del voltaje a través de él dividido por la resistencia. En unidades comunes,

Por lo tanto, el voltaje que causa una disipación particular es

A 125 mW, una resistencia de 820 Ω tendrá

a través de él.

Si la resistencia es realmente de 820 Ω, solo es buena para 125 mW y tiene más de 10 V, entonces sí, este es un diseño defectuoso. A partir de los datos que nos ha proporcionado, estas premisas parecen ser ciertas.

Si resulta que la resistencia realmente está sobrecargada, entonces probablemente lo que sucedió es que la unidad fue diseñada originalmente para un voltaje más bajo. Alguien se dio cuenta de que faltaban demasiado del mercado al no soportar un voltaje más alto. Quien se suponía que verificaría esto en ingeniería no lo hacía, generalmente era incompetente o simplemente se lo perdía.

Por supuesto, por qué es así no te importa. Es absolutamente necesario rechazar este sistema. Actualmente, es solo otra compañía que está poniendo un mal producto en el campo. Si incorpora eso en su sistema, está poniendo un mal producto en el campo, y es responsable de la responsabilidad resultante, y su reputación se dañará.

Si bien definitivamente no desea usar este producto (una vez más, suponiendo que las cosas realmente sean como usted dice), es muy poco probable que el dispositivo se incendie como resultado. Tales resistencias sobrecargadas generalmente se quemarán y no se abrirán. No hay suficientes elementos inflamables para provocar un incendio. Sin embargo, la resistencia podría quemarse y abrirse antes de que lleguen los bomberos, dándoles información incorrecta sobre dónde está el incendio. Ese es el verdadero peligro de este sistema. O bien, el sistema podría bloquear la información hasta que se restablezca manualmente, por lo que no hay síntomas durante el primer incidente. Sin embargo, ahora ese canal está roto y no responderá a futuros incendios en esa zona. Eso es obviamente muy malo también.

Realice la medición de voltaje y señale su preocupación al fabricante. Puede valer la pena escuchar lo que tienen que decir, pero tendría que ser algo realmente bueno para mí volver a confiar en sus productos. Recuerde que con los ingenieros eléctricos, al igual que con cualquier grupo grande de personas, hay personas realmente buenas en el extremo superior, la mayoría lo suficientemente decente en el medio e incompetentes en la parte inferior. Ciertamente, hay productos diseñados incompetentemente por ahí. Puede que hayas encontrado uno.

Bueno, estás adivinando muchas cosas, pero pareces muy seguro de que una resistencia 0805, que crees que son, tiene una potencia de 125 mW.

Hay resistencias 0805 con clasificación 1W (a 70 ° C). Por supuesto, funcionarán muy calientes, pero están diseñados para hacerlo. En el valor que tiene, es más probable que sea de 500mW como máximo a 70 ° C. O quizás de menor calificación, pero no habría una diferencia visible.

yo gustaría no personalmente sentirse cómodo en esta situación particular partes, incluso cerca de su especificación impresa en funcionamiento, pero en la superficie hecho de montar las piezas son muy sensibles a la detalles- PCB de pruebas de una parte muy pequeña puede disipar una gran cantidad de energía (similar a una mucho más grande parte) si está montado sobre un plano de tierra. Una parte muy grande en una placa de un solo lado con trazas finas puede funcionar más caliente que una parte 0603 con cables gruesos, un plano de tierra, etc.

No veo ninguna redundancia en este circuito, por lo que cualquier tipo de falla de un solo punto: el opto, los cables a la unidad, la resistencia, el diodo podrían causar una falla al reconocer la señalización, por lo que esto no se trata como un problema de seguridad diseño del dispositivo en lo más mínimo.

(Editar: tengo una sugerencia: que confirme que la entrada tiene una potencia nominal de 24 V CC. La disipación de energía con 24 V CA sería aproximadamente la mitad de lo que es con una entrada de 24 V CC. , cubrió esto en un comentario )

En el otro lado de la ecuación, si el voltaje en cuestión proviene de un banco de baterías de respaldo, el '24VDC' podría ser más como 28VDC, lo que aumentaría la disipación de energía considerablemente, a más de 850mW. Las resistencias están cercanas entre sí, por lo que se calentarán entre sí.

Plantee esto con el proveedor.

Las resistencias SMD de uso general típicas son generalmente del tipo de película gruesa .

Este tipo de resistencia no está diseñada para sobrecarga a largo plazo (de hecho, ninguna lo es), pero el efecto de sobrecargar la pieza térmicamente (a través de demasiada potencia) es cambiar la resistencia hacia abajo en la fase inicial:

( Fuente )

En este tipo de circuito, donde el voltaje directo del LED y el diodo no cambiará significativamente por los cambios en la corriente (para un diodo de silicio es de 60 mV por década de corriente), eso aumentará la corriente en el circuito con un voltaje cercano a constante a través de la resistencia durante este período que conduce a más calor en la parte. Esto podría causar una fuga térmica .

Se desconoce si se quemará o no (pero es muy probable que esté sujeto a este tipo de sobrecarga continuamente), pero definitivamente tendrá una vida útil más corta que la establecida (normalmente se establece a 25 ° C, aunque algunas clasificaciones de resistencia están a temperatura nominal); de hecho, elevar la temperatura de un dispositivo para inducir fallas deliberadamente es una prueba común para los fabricantes, ya que la tasa de fallas aumenta exponencialmente al aumentar la temperatura.

Los fabricantes utilizan este proceso para predecir la vida útil de los componentes utilizando la ecuación de Arrhenius en muchos casos al causar fallas tempranas deliberadamente a temperaturas elevadas. Esto conduce a una vida predecible del componente en condiciones más benignas.

Estoy totalmente de acuerdo con Olin en que debe rechazar estas unidades ya que se garantiza que la confiabilidad de la unidad sea ​​baja en los extremos de voltaje especificados por el proveedor, incluso si sobreviven a la sobrecarga.

Un diseño adecuado nunca permitirá el sobreesfuerzo de una parte, aunque hay partes diseñadas deliberadamente para resistir eventos de pulso a corto plazo y a menudo se encuentran en ESD y circuitos de protección contra rayos.

[Actualización] Es posible, como comenta Supercat, que este sea un PTC, como esta serie

La única forma en que el circuito tiene sentido es que la resistencia de 820 ohmios es una resistencia limitadora de corriente. Funciona junto con la resistencia de colector de la etapa de conducción anterior. El voltaje del colector del controlador puede ser de 24v, pero si su resistencia de colector es de 1 k ohm, entonces la corriente a través de la resistencia de 820 solo será de aproximadamente 12ma y la pérdida de potencia será de aproximadamente 118mW.

¡Esto muestra que este circuito no debe usarse con controladores de entrada de colector abierto !